专利名称：盾构施工信息实时传输系统的制作方法
技术领域：
本实用新型采用基于802. 11的无线局域网技术的盾构施工前向地质探测信息传 输系统将探地雷达采集的地质情况数据传输到盾构机尾部控制室，具体涉及一种盾构施工 信息实时传输系统。
背景技术：
数据传输有多种方式，常用的分为有线和无线两种。有线又分为同轴电缆、光缆、 光纤传输等多种方式；无线可分为蓝牙、GPRS、红外线等传输方式。由于受盾构机结构和盾 构施工的限制，仅采用有线传输方式或仅采用无线传输方式不能实现信息的有效传输。传 输的探地雷达数据的特点是数据量大，且对图像传输质量和传输速率都有较高要求。蓝牙 不适合大量数据的传输，图像经压缩还原以后质量较差，并且误码率较高。GPRS只能在移动 无线基站信号覆盖的情况下才能使用，而盾构施工基本都在地下进行，移动信号难以覆盖， 即使将移动基站的信号接入地下，也只能适用于井下已经铺设管片部分。由于刀盘和盾尾 之间存在密封舱，不能在其上打孔，并且刀盘相对于控制室是旋转的，故通常的有线传输方 式也无法满足要求。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服盾构机结构和盾构施工条件的限制，提供一种基于探 地雷达的盾构施工前向地质探测信息实时传输系统，实现将盾构机刀盘上的探地雷达采集 到的掌子面前方地质情况数据实时的传输到盾构尾部控制室内。本实用新型是通过以下技术方案实现的，该系统包括雷达、无线发射模块、无线接 收模块、控制室计算机、供电系统，所述雷达包括天线和DAD控制器，所述无线信号发射模 块由无线AP及其延长天线构成，所述无线信号接收模块为无线路由器及其延长天线构成， 无线信号发射模块和无线信号接收模块共同组成无线局域网，所述供电系统为供电系统电 路及变压器(带滤波器)用于提供直流电。所述雷达天线与其DAD控制器通过专用电缆直 接连接，DAD控制器与无线发射模块中的无线AP通过双绞线连接，无线AP和延长天线通过 同轴电缆连接，控制室计算机与无线路由器通过双绞线连接，无线路由器和延长天线通过 同轴电缆连接。雷达天线所获得的模拟信号经DAD控制器处理后变为数字信号，并通过DAD 控制器的以太网接口接入无线发射模块，经无线接收模块接收后传送到盾尾控制室内的计 算机，经处理后将雷达图像进行显示。无线发射模块、无线接收模块之间通过相应的延长天 线无线连接，外交流电源经由变压器直流供电系统提供的12伏直流电通过电刷将电力传 输至盾构头部，分别给无线发射模块的无线AP和雷达的DAD控制器供电。为了保障雷达正常工作不受损坏，雷达天线、DAD控制器和无线AP置于与雷达天 线形状大小相适应的保护盒中并固定，在盾构前方刀盘上开挖有形状大小与保护盒匹配 的孔洞，保护盒置于孔洞内，其外侧再由一保护板覆盖保持刀盘完整。进一步限定，所述雷达的DAD控制器与无线发射AP之间用双绞线连接，无线发射AP和延长天线通过同轴电缆连接，延长后的天线沿着刀盘中心管路到达中心回转体内；无 线接收模块中的无线路由器的延长天线位于中心回转体附近，无线路由器位于盾构尾部， 无线路由器和延长天线通过同轴电缆连接，最后，无线路由器通过双绞线和控制室计算机 连接。进一步限定，所述供电系统为直流供电系统电路。更进一步限定，所述直流供电系统电路选用了 ST公司所生产的型号为ST6200C的 IC作为供电系统的控制芯片。与现有技术相比，本实用新型的有益效果首次将探地雷达安装到盾构机上，并完 成对盾构机中心回转接头及刀盘的改造，设计了直流供电电路及有线和无线传输方式组成 的探地雷达图像实时传输系统，使得通过探地雷达获取盾构掌子面地质情况的方案得以实 施，提高了盾构施工信息化和智能化水平。
图1探地雷达信号传输系统结构示意图。 标记说明1-雷达天线，2-专用电缆，3-DAD控制器，4_双绞线，5_无线AP，6_同 轴电缆，7-延长天线，9-无线路由器，10-控制室计算机，11-无线发射模块，12-无线接收模 块，13-变压器，14-电刷
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明。实施例是基于本实用新型 技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下 述的实施例。如图1所示，本实施例雷达信号传输系统由雷达(包括天线1和DAD控制器3)、 无线发射模块11、无线接收模块12、控制室计算机10、供电系统组成，其中无线发射模块 11由NETGEAR公司的无线AP5及其延长天线7构成，无线接收模块12选用的是思科公司的 LINKSYS无线路由器9，供电系统采用供电系统电路及变压器13(带滤波器)提供直流电， 雷达天线1与其DAD控制器3通过专用电缆4直接连接，DAD控制器3与无线发射模块中 的无线AP5通过双绞线4有线连接，控制室计算机10与无线路由器9通过双绞线4有线连 接，无线发射模块11、无线接收模块12分别通过同轴电缆6与各自的延长天线7相连接，雷 达天线1所获得的模拟信号经DAD控制器3处理后变为数字信号，并通过DAD控制器3的 以太网接口接入无线发射模块11，经无线接收模块12接收后传送到盾尾控制室内的计算 机10，最后经专用软件处理后将雷达图像进行显示。直流供电系统提供的12伏直流电通过 电刷14将电力传输至盾构头部，分别给无线发射模块的无线AP5和雷达的DAD控制器3供 H1^ ο本系统中采用基于802. 11的无线局域网技术的数据传输系统，具有最高54Mbps 数据率，传输速率较高，通过无线局域网传输压缩图像信号到控制室用户端后，软件解码后 的图像质量比经蓝牙传输后的图像质量要好。本系统所采用的IDS探地雷达DAD控制器自 带以太网接口，兼容基于802. 11无线网络协议，只要将其连上无线网络，就可以利用无线 局域网络来传输数据。无线局域网比蓝牙具有更高的带宽，可以通过互相绑定对方MAC地址进行点对点数据传输，并且采用WEP方式进行数据加密，保证了数据的安全性，因此在传 输图像信号上具有更达的优势。为了保障雷达正常工作不受损坏，雷达天线、DAD控制器和无线AP置于与雷达天 线形状大小相适应的保护盒中并固定，在盾构前方刀盘部分进行必要的机械改造，开挖出 形状大小与保护盒匹配的孔洞，保护盒置于孔洞内，其外侧再由一保护板覆盖保持刀盘完 整。同时，在盾构机前后方作必要的布线。刀盘部分布线情况位于保护盒内的DAD控制器 3和无线AP5通过双绞线4连接，长度为0. 3米；无线AP5和延长天线7通过同轴电缆6连 接，长度为5米。该同轴电缆6沿刀盘切口环相交处引线四分之一圆周，与水管同线路至中 心回转体水管接头处打孔进入中心回转体后接在无线AP5延长天线7上。人行闸至控制室 的布线位于中心回转体附近的无线路由器的延长天线7通过同轴电缆6与位于盾构尾部 的无线路由器9连接，连接长度18. 6米；将无线路由器9与控制室计算机10通过双绞线4 连接，连接长度8. 6米。由此，探地雷达获取盾构掌子面前方地质情况后，经由构建的数据 传输系统传输到盾尾控制室，经过后续数据处理，在显示器上显示，用于指导盾构施工。IDS公司生产的K2型探地雷达采用的是蓄电池供电的模式，蓄电池供电的优点是 电压和电流波动范围小，能保证雷达及其DAD控制器的精确运行及其信号的无失真传输。 但是根据盾构机的实际工作环境，采用蓄电池供电方式并不适合(不方便定期充电)，为此 本系统采用直流供电模式。探地雷达工作电压和无线发射模块采用的是同样的12V直流 电，而无线接受模块则采用的是9V的直流电。从盾构的实际工作环境可知，无线接收模块 可以采用其自带的交直流变压器供电，而对于探地雷达和无线发射模块来说，由于目前国 内电压还并不是特别稳定，因此本系统设计了一套直流供电系统为探地雷达供电，并且本 套供电系统还能对供电情况进行监控。直流供电系统采用质量更轻，安装更加简便的高频 电压器，并且附带有滤波器来滤除因电压不稳定而产生的噪音。直流供电系统电路，选用了 ST公司所生产的型号为ST6200C的IC作为供电系统的控制芯片，ST6200C芯片内部自带控 制程序，可以满足恒压恒流供电比较简单的应用，不需要重新烧录程序。
权利要求1.一种盾构施工信息实时传输系统，其特征在于，该系统包括雷达、无线发射模块、无 线接收模块、控制室计算机、供电系统，所述雷达包括天线和DAD控制器，所述无线信号发 射模块由无线AP及其延长天线构成，所述无线信号接收模块由无线路由器及其延长天线 构成，无线信号发射模块和无线信号接收模块共同组成无线局域网，所述供电系统为供电 系统电路及变压器用于提供直流电；所述雷达天线与其DAD控制器通过专用电缆直接连接，DAD控制器与无线发射模块中 的无线AP连接，控制室计算机与无线路由器连接，无线发射模块、无线接收模块之间通过 相应的延长天线采用无线方式进行连接，外交流电源经变压器变压后通过电刷分别给无线 发射模块的无线AP和雷达的DAD控制器供电，雷达天线所获得的模拟信号经DAD控制器处 理后变为数字信号，并通过DAD控制器的以太网接口接入无线发射模块，经无线接收模块 接收后传送到盾尾控制室内的计算机，经处理后将雷达图像进行显示。
2.如权利要求1所述的传输系统，其特征在于，雷达天线、DAD控制器和无线AP置于与 雷达天线形状大小相适应的保护盒中并固定，在盾构前方刀盘上开挖有形状大小与保护盒 匹配的孔洞，保护盒置于孔洞内，其外侧再由一保护板覆盖保持刀盘完整。
3.如权利要求1所述的传输系统，其特征在于，所述雷达的DAD控制器与无线发射AP 之间用双绞线连接，无线发射AP和延长天线通过同轴电缆连接，延长后的天线沿着刀盘 中心管路到达中心回转体内；无线接收模块中的无线路由器的延长天线位于中心回转体附 近，无线路由器位于盾构尾部，无线路由器及其延长天线通过同轴电缆连接；无线路由器通 过双绞线与控制室计算机连接。
4.如权利要求1所述的传输系统，其特征在于，所述供电系统为直流供电系统电路。
5.如权利要求4所述的传输系统，其特征在于，所述直流供电系统电路选用了ST公司 所生产的型号为ST6200C的IC作为供电系统的控制芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种盾构施工信息实时传输系统，该系统采用基于802.11的无线局域网技术，通过有线传输和无线传输两种方式联合组成数据传输系统，解决由于受盾构机结构及盾构施工条件的限制，盾构机刀盘上的探地雷达实时采集到的掌子面前方地质情况数据不能利用单独的有线或无线网络传输到盾构机后方控制室内的技术问题。同时本实用新型对盾构机结构进行部分改造，便于实施布线，以保证雷达图像能够顺利从刀盘安装位置通过数据传输系统发送至盾构尾部的控制室内，实现监控。
文档编号H04W84/12GK201853336SQ20102029276
公开日2011年6月1日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者冯双昌, 周奇才, 李炯, 熊肖磊, 陈秋锋 申请人:上海地铁盾构设备工程有限公司, 同济大学